Характеристики синхронного генератора.

Свойства синхронного генератора определяются характеристиками холостого хода, короткого замыкания, внешними и регулировочной. Характеристика холостого хода синхронного генератора Характеристика холостого хода синхронного генератора представляет собой график зависимости напряжения на выходе генератора в режиме х.х. U₁ = Е₀ от тока возбуждения i_B при п=const. Схема включения синхронного генератора для снятия характеристики х.х. приведена на рис. 1, а. Если характеристики х.х. различных синхронных генераторов изобразить в относительных единицах Е* = f (i_В *), то эти характеристики мало отличаются друг от друга и будут очень схожи с нормальной характеристикой х.х. (рисунок 1, б), которую используют при расчетах синхронных машин:

Здесь Е* = E₀/U_1HOМ - относительная ЭДС фазы обмотки статора; i_В *= i_В0/i_В0HOМ - относительный ток возбуждения; i_В0HOМ -ток возбуждения в режиме х.х., соответствующий ЭДС х. х. E₀ =U_1HOМ.

Характеристика короткого замыкания Характеристику трехфазного к.з. получают следующим образом: выводы обмотки статора замыкают накоротко (рисунок 2, а) и при вращении ротора с частотой вращения п постепенно увеличивают ток возбуждения до значения, при котором ток к.з. превышает номинальный рабочий ток статорной обмотки не более чем на 25% (I _IK = 1,25 I _IНОМ). Так как в этом случае ЭДС обмотки статора имеет значение, в несколько раз меньшее, чем в рабочем режиме генератора, и, следовательно, основной магнитный поток весьма мал, то магнитная цепь машины оказывается ненасыщенной. По этой причине характеристика к.з. представляет собой прямую линию (рисунок 2, 6). Активное сопротивление обмотки статора невелико по сравнению с ее индуктивным сопротивлением, поэтому, принимая R₁₌0, можно считать, что при опыте к.з. нагрузка синхронного генератора (его собственные обмотки) является чисто индуктивной. Из этого следует, что при опыте к.з. реакция якоря синхронного генератора имеет продольно-размагничивающий характер. Векторная диаграмма, построенная для генератора при опыте трехфазного к.з., представлена на рисунок 2, в. Из диаграммы видно, что ЭДС Ė_К, индуцируемая в обмотке статора, полностью уравновешивается ЭДС продольной реакции якоря Ė_d=-jİ_dx_ad и ЭДС рассеяния Ė_s=-jİx_s, т.е. Ė_К= Ė_d+ Ė_s. При этом МДС обмотки возбуждения имеет как бы две составляющие: одна компенсирует падение напряжения jİх₁, а другая компенсирует размагничивающее влияние реакции якоря jİ_dx_ad. Характеристики к.з. и х.х. дают возможность определить значения токов возбужде­ния, соответствующие указанным составляющим МДС возбуждения. С этой целью характеристики х.х. и к.з. строят в одних осях (рисунок 3), при этом на оси ординат отмечают относительные значения напряжения х. х. Е* = E₀/U_1HOМ и тока к.з. I_К *= I_К/I_1HOМ. На оси ординат откладывают отрезок 0В, выражающий в масштабе напряжения значение ЭДС рассеяния Ė_s=-jİx_s. Затем точку В сносят на характеристику х.х. (точка В') и опускают перпендикуляр B'D на ось абсцисс. Полученная таким образом точка D разделила ток возбуждения на две части: i_В0HOМ -ток возбуждения, необходимый для компенсации падения напряжения jİx_s, и i_Вd -ток возбуждения, компенсирующий продольно-размагничивающую реакцию якоря. Один из важных параметров синхронной машины- отношение короткого замыкания (ОКЗ), которое представляет собой отношение тока возбуждения i_В0HOМ, соответствующего номинальному напряжению при х.х., к току возбуждения i_ВКHOМ, соответствующему номинальному току статора при опыте к.з. (рис 2)

ОКЗ = i_В0HOМ / i_ВКHOМ. (3.5) Для турбогенераторов ОКЗ=0,44-0,7; для гидрогенераторов ОКЗ =1,0-1,4. ОКЗ имеет большое практическое значение при оценке свойств синхронной машины: машины с малым ОКЗ менее устойчивы при параллельной работе, имеют значительные колебания напряжения при изменениях нагрузки, но такие машины имеют меньшие габариты и, следовательно, дешевле, чем машины с большим ОКЗ.

Внешняя характеристика Представляет собой зависимость напряжения на выводах обмотки статора от тока нагрузки: U ₁= f(I) при i_В=const; cosj₁= const; n=const. На рисунке 3.9, а представлены внешние характеристики, соответст­вующие различным по характеру нагрузкам синхронного генератора. При активной нагрузке (cosj₁=1) уменьшение тока нагрузки I сопровождается ростом напряжения U ₁, что объясняется уменьшением падения напряжения в обмотке статора и ослаблением размагничивающего действия реакции якоря по поперечной оси. При индуктивной нагрузке (cosj₁<1; инд.) увеличение U₁ при сбросе нагрузки более интенсивно, так как с уменьшением тока I ослабляется размагничивающее действие продольной составляющей реакции якоря. Однако в случае емкостной нагрузки генератора (cosj₁<1; емк.) уменьшение I сопровождается уменьшением напряжения U₁, что объясняется ослаблением подмагничивающего действия продольной составляющей реакции якоря. Изменение напряжения синхронного генератора, вызванное сбросом номинальной нагрузки при i_В=const и п=const, называется номинальным изменением (повышением) напряжения (%): При емкостной нагрузке генератора сброс нагрузки вызывает уменьшение напряжения, а поэтому DU_НОМ отрицательно. В процессе эксплуатации синхронного генератора напряжение U₁ при колебаниях нагрузки поддерживается неизменным посредством быстродействующих автоматических регуляторов. Однако во избежание повреждения изоляций обмотки DU_НОМ не должно превышать 50%.

Регулировочная характеристика Она показывает, как следует изменять ток возбуждения генератора при изменениях нагрузки, чтобы напряжение на зажимах генератора оставалось неизменно равным номинальному: i_В = f(I) при U₁=U_1HOM=const; cosj₁= const; n= n _HOM =const. На рисунке 4, б представлены регулировочные характеристики синхронного генератора. При активной нагрузке (cosj₁=1) увеличение тока нагрузки I сопровождается уменьшением напряжения U₁, поэтому для поддержания этого напряжения неизменным по мере увеличения тока нагрузки I следует повышать ток возбуждения. Индуктивный характер нагрузки (cos j <l; инд) вызывает более резкое понижение напряжения U₁ (рис. рисунке 4,а), поэтому ток возбуждения i_В необходимый для поддержания U₁=U_1HOM, следует повышать в большей степени. При емкостном же характере нагрузки (cosj <1; емк.) увеличение нагрузки сопровождается ростом напряжения U₁, поэтому для поддержания U₁=U_{1 HOM} ток возбуждения следует уменьшать.

48. Построить схему-развертку обмотки со следующими параметрами: -----

Фаза однослойной обмотки образуется из нескольких (по числу пар полюсов) катушечных групп, состоящих либо из концентрических, охватывающих одна другую и разных по размерам катушек, либо из катушек, имеющих одинаковые размеры. Обмотку первого вида называют концентрической однослойной, второго - равнокатушечной однослойной.

Однослойные обмотки могут быть соединены в несколько параллельных ветвей, возможное число которых определяется из условия а = р/к, где к-целое число.

Основными достоинствами двухслойных петлевых обмоток являются возможность выполнения катушек с укорочением шага (при этом ку < 1) и равномерность распределения их лобовых частей. К недостаткам относятся наличие изоляционной прокладки между слоями обмотки в пазу и необходимость подъема шага при укладке, что не дает возможности механизировать процесс укладки двухслойных обмоток в пазы машины.

Число возможных параллельных ветвей двухслойных обмоток определяется из условия а = 2р/к, где к — целое число. Наибольшее возможное число параллельных ветвей аmах = 2р.

Наибольшее возможное число параллельных ветвей ^атах = 2р. Различные способы соединения обмоток в несколько параллельных ветвей показаны на упрощенных схемах (табл. 4.8), в которых каждая катушечная группа изображена одним символом — прямоугольником, над диагональю которого цифрой указан порядковый номер группы от начала обмотки, а под диагональю — число катушек в данной катушечной группе. Такое изображение схемы возможно, так как все катушки в группах соединяются между собой только последовательно. Стрелки над каждым прямоугольником, обозначающим катушечные группы, условно показывают полярность данной группы. Для обмоток с 2р = 6 и 8 в таблице приведены не все возможные варианты соединений. Они, так же как и соединения для обмоток с любыми другими числами 2р и q, могут быть получены при соблюдении следующих условий: число катушечных групп в каждой параллельной ветви обмотки должно быть одинаковым, а полярности групп должны последовательно чередоваться.

Петлевые обмотки статоров крупных машин, например турбогенераторов, образуются не из цельных катушек, а из отдельных стержней. Однако все соединения схем таких обмоток не отличаются от рассмотренных схем двухслойных петлевых катушечных обмоток.

Например Z = 24 и 2р = 4. Тогда

Е*	0,58	1,0	1,21	1,33	1,40	1,46	1,51
iВ *	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5

Схема этой обмотки при последовательном соединении всех катушечных групп фазы изображена на рис. 21-1, причем для большей наглядности разные фазы показаны линиями разного характера. Порядок составления схемы рис. 21-1 можно пояснить следующим образом.

Сначала распределяем верхние стороны катушек (пазов) по фазным зонам по q — 2 стороны (пазов) в каждой зоне. Если пазы 1 н 2 отвести для зоны фазы А, то зоне фазы В нужно отвести пазы 5 и 6, так как фаза В должна быть сдвинута относительно фазы А на 120°, т. е. на две зоны по 60° или на 4 паза (1 +4 = 5; 2 + 4 = = 6). Зона С сдвинута относительно зоны В также на 120° и занимает пазы 5 + 4 = 9и6 + 4 = /0. На протяжении следующего двойного полюсного деления (пазы 13 — 24) чередование зон А, В и С происходит с такой же закономерностью (зона А — пазы 13, 14; зона В — лазы 17, 18; зона С — пазы 21, 22). Таким образом, распределена половина фазных зон и пазов верхнего слоя. Другие фазные зоны также распределяем по фазам Л, В, С и обозначаем их соответственно X, Y, Z. При этом для зон X, принадлежащих фазе Л, отводим пазы, которые сдвинуты относительно зон Л на т = 6 пазов, т, е, пазы 1+6-7, 2 + 6 = 5, 13 + 6 = 19, 14 + 6 = 20. Аналогично зонам У принадлежат пазы 5 + 6 = И, 6 + 6 = 12, 17 + 6 = 23, 18 + 6 = 24, а зонам Z — пазы 9 — 6 = 5, 10 — 6 = 4, 21 — 6 = — 15, 22 — 6 = 16. Различие между зонами А, В, С и X, Y, Z состоит в том, что э. д. с. в соответствующих сторонах катушек (например, катушек зон А и X) сдвинуты по фазе на 180° вследствие их сдвига в магнитном поле на одно или нечетное число полюсных делений.

В рассматриваемом случае у = 1807(3-2) = 30°, как изображено на рис. 21-2, а. После обхода векторов пазовых э. д. с. на протяжении двух полюсных делений (в нашем случае векторы 1—12) звезда векторов э. д. с. при целом q будет повторяться вследствие совпадения э. д. с. соответствующих пазов (/ и 1 + 12 = 13 и т. д.) по фазе. Если отвести первые два вектора (рис. 21-1) для зоны А (векторы /; 2 и 13, 14), то векторы зон В и С будут сдвинуты от векторов А на 120° и 240°. Векторы зон X, Y, Z будут сдвинуты относительно векторов зон А, В, С соответственно на 180°. В результате получим такое же распределение пазов по зонам, как показано в верхнем ряду на рис. 21-1.

Дата добавления: 2015-07-15